热塑性酚醛树脂的生产工艺优化(附件)
酚醛树脂具有多种优异的性能,被广泛应用在社会生产生活中的诸多方面。但是，酚醛树脂具有较强的酸性以及在生产过程所残留的醛、酚等，使用时不仅会给人体造成危险，而且也会造成环境的污染。本论文研究以甲醛和间甲酚为原料，当控制甲醛与间甲酚的摩尔比在0.6-0.9的范围时，结果发现随着甲醛含量的提高，反应速率不断变大，软化点也会随之相应有所的变高；而且酚醛树脂的软化点随着催化剂量的增多，软化点也会有所提高，且由于整个反应体系中的H+浓度的增大，导致了游离酚量的有效减少；在选择75 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃等反应温度，软化点先是伴随着温度的升高而升高，随后相对稳定不变。最终确定优化方案为甲醛和间甲酚的摩尔比取0.75，催化剂的量为间甲酚摩尔用量的2%，保温反应的时间为3个小时，反应温度为90 ℃，出料温度为180 ℃。关键词 酚醛树脂，间甲酚，甲醛,工艺优化
目录
1引言 1
1.1酚醛树脂的介绍 1
1.2酚醛树脂的种类 1
1.3 酚醛树脂的制备方法及原理 2
1.3.1 热塑性酚醛树脂 2
1.3.2 热固性酚醛树脂 3
1.4.1 物理改性 4
1.4.2 化学改性 4
1.5 酚醛树脂的应用 5
1.5.1 抗撕裂树脂 5
1.5.2 酚醛胶黏剂 6
1.5.3 补强树脂 6
1.6研究的目的、意义 6
2热塑性酚醛树脂的制备研究 7
2.1主要实验材料和仪器 7
2.2实验装置 7
2.3实验测试与表征方法 9
3酚醛树脂的合成工艺研究 10
3.1酚醛摩尔比对树脂的合成及性能影响 11
3.2催化剂用量对于树脂合成的影响.14
3.3.反应时间对于树脂合成及性能的影响....17
3.4反应温度对树脂的合成及性能影响 20
3.5后处理工艺对树脂的合成及性能影响 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
1.1 酚醛树脂的介绍
众 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
所周知, 酚醛树脂作为一种最重要的合成树脂，应用领域很广，工业生产量也很大[1]。酚醛树脂是早实现工业化的高分子物质材料之一，在很多领域里被广泛应用，像是在航空、建筑、木材等行业都有涉及。酚醛树脂通常可用酚和醛类化学物聚合反应得到。其中，酚类有很多种选择，主要有间甲酚和一些衍生物，像间苯二酚、甲酚等；同样，醛类也有多种可供选择，例如有甲醛、乙醛、糠醛等。现实生产中，我们通常是采用苯酚和甲醛聚合来制备酚醛树脂。但是考虑到性价比，可操作性等多方面因素，本实验拟采用间甲酚和甲醛来进行加成聚合，它属于通常所说的实验合成高分子物质。
改革开放以来，伴随着我们国家综合实力的不断提升、人民对于生活品质要求的不断提高，“绿色环保”被提升到前所未有的高度。上世纪六十年代往后，由于越来越多的合成方法被人们研究发现，并且总结出了一套较为完整的规律，随之出现的是许许多多被改性的酚醛树脂，这也使得综合性能不断提高，其应用也发展到宇航产业等等[2,3]。与此同时，这一要求也使得胶黏剂的发展得到了加速发展和改善。
1.2 酚醛树脂的种类
实验用到的不同原料的化学结构一般是不相同的，改变酚醛的摩尔比，以及对催化剂的选取种类做一定的变化，能够得到两类不同的酚醛树脂，它们是热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂。
1.3 酚醛树脂的制备方法及原理
1.3.1 热塑性酚醛树脂
我们所说的热塑性酚醛树脂一般指的是在酸性催化剂催化的情况下，即酸性介质一般用的比较多的是草酸、磷酸等，使得甲醛与间甲酚的摩尔比值通常在小于1的情况下反应获得。
在酸性催化剂催化的环境中，甲醛与间甲酚在溶液中较为快速的发生加成，形成相对不稳定的羟甲基间甲酚。经过这一反应之后，生成物再与间甲酚发生缩聚反应。通常，物质发生缩聚时候的反应速度要比加成时的反应速度要大一些，这也就导致了反应生成的的热塑性的酚醛树脂的长链分子中很少有羟甲基的存在。
热塑性的酚醛树脂主要是通过次甲基相连接，其相对分子质量能够达到2000以上。通常情况下它们的聚合度为412，大小与间甲酚是否过量以及过量的程度有关。例如，间甲酚和甲醛发生反应后主要产生了二酚基甲烷。这种酚醛树脂一般情况下能够溶于某种溶液，也能够在一定温度下发生熔化，并且它的分子内部基本上没有羟甲基的存在。如果它又一次的受到加热的话，能够熔化，但是很难再有缩聚反应的发生。但这并不意味着它就没有了活性点，如果加入一定量的六亚甲基四胺或者甲醛之后可以重新发生反应。
数据表明，H+在醛和间甲酚之间的加成现象发生的时候活性是相对比较高的，溶液中H+的所含的量同缩聚反应的速率总的呈现正性关系，随着pH的提高反应过程中的活化能和熵相应的会有所增加。研究证实了在酸性的溶液环境中，羟甲基酚阳离子是羟甲基间甲酚的另一种方式存在。这也刚好说明链内基团的反应活性要远低于羟甲基间甲酚与链端基团的反应活性。也恰恰如此，酸性环境下发生的缩聚反应，支化反应的发生概率是比较低的。在前期的反应过程中，反应产生了的二酚基甲烷与甲醛再次反应的速率总体上与间甲酚和甲醛的反应速率基本差不多，这也是缩聚反应的分子链能够进一步的变长的原因之所在，之后由于酚环对位两两相互之间链接[4,5]。热塑性酚醛树脂理想结构如下：
/
当存在少量邻位结构是：
/
与间甲酚发生加成反应，生成羟甲基间甲酚：
/
总的反应为：
/
间甲酚与甲醛在合成发生的过程中摩尔比能够达到1:1时，方能从理论上实现间甲酚较为充分的反应，且废水中尽可能少的游离酚。但是，在实际生产中，不可避免的会出现间甲酚过量的情况，而含有各种酚的废水废弃物的排放显然会导致环境的污染和恶化。并且酚类的化合物毒性较大，它会使人的肝、肾等多种器官受损。
我们现在常见的处理含酚废水的方法有以下几种：活性炭吸附法、电催化氧化法净化、生物氧化法和化学氧化法等处理方法。
目录
1引言 1
1.1酚醛树脂的介绍 1
1.2酚醛树脂的种类 1
1.3 酚醛树脂的制备方法及原理 2
1.3.1 热塑性酚醛树脂 2
1.3.2 热固性酚醛树脂 3
1.4.1 物理改性 4
1.4.2 化学改性 4
1.5 酚醛树脂的应用 5
1.5.1 抗撕裂树脂 5
1.5.2 酚醛胶黏剂 6
1.5.3 补强树脂 6
1.6研究的目的、意义 6
2热塑性酚醛树脂的制备研究 7
2.1主要实验材料和仪器 7
2.2实验装置 7
2.3实验测试与表征方法 9
3酚醛树脂的合成工艺研究 10
3.1酚醛摩尔比对树脂的合成及性能影响 11
3.2催化剂用量对于树脂合成的影响.14
3.3.反应时间对于树脂合成及性能的影响....17
3.4反应温度对树脂的合成及性能影响 20
3.5后处理工艺对树脂的合成及性能影响 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 引言
1.1 酚醛树脂的介绍
众 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
所周知, 酚醛树脂作为一种最重要的合成树脂，应用领域很广，工业生产量也很大[1]。酚醛树脂是早实现工业化的高分子物质材料之一，在很多领域里被广泛应用，像是在航空、建筑、木材等行业都有涉及。酚醛树脂通常可用酚和醛类化学物聚合反应得到。其中，酚类有很多种选择，主要有间甲酚和一些衍生物，像间苯二酚、甲酚等；同样，醛类也有多种可供选择，例如有甲醛、乙醛、糠醛等。现实生产中，我们通常是采用苯酚和甲醛聚合来制备酚醛树脂。但是考虑到性价比，可操作性等多方面因素，本实验拟采用间甲酚和甲醛来进行加成聚合，它属于通常所说的实验合成高分子物质。
改革开放以来，伴随着我们国家综合实力的不断提升、人民对于生活品质要求的不断提高，“绿色环保”被提升到前所未有的高度。上世纪六十年代往后，由于越来越多的合成方法被人们研究发现，并且总结出了一套较为完整的规律，随之出现的是许许多多被改性的酚醛树脂，这也使得综合性能不断提高，其应用也发展到宇航产业等等[2,3]。与此同时，这一要求也使得胶黏剂的发展得到了加速发展和改善。
1.2 酚醛树脂的种类
实验用到的不同原料的化学结构一般是不相同的，改变酚醛的摩尔比，以及对催化剂的选取种类做一定的变化，能够得到两类不同的酚醛树脂，它们是热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂。
1.3 酚醛树脂的制备方法及原理
1.3.1 热塑性酚醛树脂
我们所说的热塑性酚醛树脂一般指的是在酸性催化剂催化的情况下，即酸性介质一般用的比较多的是草酸、磷酸等，使得甲醛与间甲酚的摩尔比值通常在小于1的情况下反应获得。
在酸性催化剂催化的环境中，甲醛与间甲酚在溶液中较为快速的发生加成，形成相对不稳定的羟甲基间甲酚。经过这一反应之后，生成物再与间甲酚发生缩聚反应。通常，物质发生缩聚时候的反应速度要比加成时的反应速度要大一些，这也就导致了反应生成的的热塑性的酚醛树脂的长链分子中很少有羟甲基的存在。
热塑性的酚醛树脂主要是通过次甲基相连接，其相对分子质量能够达到2000以上。通常情况下它们的聚合度为412，大小与间甲酚是否过量以及过量的程度有关。例如，间甲酚和甲醛发生反应后主要产生了二酚基甲烷。这种酚醛树脂一般情况下能够溶于某种溶液，也能够在一定温度下发生熔化，并且它的分子内部基本上没有羟甲基的存在。如果它又一次的受到加热的话，能够熔化，但是很难再有缩聚反应的发生。但这并不意味着它就没有了活性点，如果加入一定量的六亚甲基四胺或者甲醛之后可以重新发生反应。
数据表明，H+在醛和间甲酚之间的加成现象发生的时候活性是相对比较高的，溶液中H+的所含的量同缩聚反应的速率总的呈现正性关系，随着pH的提高反应过程中的活化能和熵相应的会有所增加。研究证实了在酸性的溶液环境中，羟甲基酚阳离子是羟甲基间甲酚的另一种方式存在。这也刚好说明链内基团的反应活性要远低于羟甲基间甲酚与链端基团的反应活性。也恰恰如此，酸性环境下发生的缩聚反应，支化反应的发生概率是比较低的。在前期的反应过程中，反应产生了的二酚基甲烷与甲醛再次反应的速率总体上与间甲酚和甲醛的反应速率基本差不多，这也是缩聚反应的分子链能够进一步的变长的原因之所在，之后由于酚环对位两两相互之间链接[4,5]。热塑性酚醛树脂理想结构如下：
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当存在少量邻位结构是：
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与间甲酚发生加成反应，生成羟甲基间甲酚：
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总的反应为：
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间甲酚与甲醛在合成发生的过程中摩尔比能够达到1:1时，方能从理论上实现间甲酚较为充分的反应，且废水中尽可能少的游离酚。但是，在实际生产中，不可避免的会出现间甲酚过量的情况，而含有各种酚的废水废弃物的排放显然会导致环境的污染和恶化。并且酚类的化合物毒性较大，它会使人的肝、肾等多种器官受损。
我们现在常见的处理含酚废水的方法有以下几种：活性炭吸附法、电催化氧化法净化、生物氧化法和化学氧化法等处理方法。
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